專利名稱：制造用于調整牙齒位置的牙科器械的方法
技術領域：
本申請是有關口腔正畸領域，尤其是有關計算機輔助制造用于調整牙齒位置的牙科器械的方法。
背景技術：
傳統的牙科正畸治療是通過在牙齒上粘接帶環、托槽等裝置，利用矯正弓絲、彈簧、皮圈等矯正器械進行牙齒矯正。這種方法具有以下缺點美觀度、舒適度差；口腔衛生難以維護；臨床醫生需要較長時間的培訓才能逐步掌握該技術；每次復診醫生都要花費大量時間調節矯治器，矯治過程復雜。相對于傳統的托槽矯正器而言，隱形矯治技術不需要托槽和弓絲，采用的是一系列隱形矯治器。該種隱形矯治器由安全的彈性透明高分子材料制成，使矯治過程幾乎在旁人無察覺中完成，不影響日常生活和社交。同時，沒有了粘結托槽、 調整弓絲的繁瑣，臨床操作大大簡化，整個矯治過程省時又省力。因此目前無托槽隱形矯治方法為越來越多的人所采用。隱形矯治器是計算機輔助設計技術、快速成型技術和新材料相結合的產物。它是一種透明的、可自行摘戴的矯治器。與傳統矯治器一樣，隱形矯治器也是通過在牙齒上施加適當的、可控制的力來使牙齒移動。施醫者可通過計算機模擬矯正過程，并用醫用彈性透明高分子材料為每一個過程制作一個矯治器。整個矯治過程就是換用這一系列矯治器，在每次戴用時，牙齒都會有受力的感覺，并向該矯治器設計的位置移動。每過一個周期(比如兩周)更換下一副矯治器，牙齒就會從初始的畸形狀態逐漸移動至正常排列狀態，從而達到矯治效果。隱形矯治器的制作目前有通過手工排牙生成模型后逐個壓制，或通過計算機模擬排牙后生成數字模型，通過激光快速成型技術制作。手工排牙是在取得病人牙頌印模并制成石膏模型后，對需要矯治的牙齒進行移位排列，并依照移位后的牙齒排列制成的模型壓制隱形矯治器。其缺點是牙齒移動精度不夠，生產效率低，難以實現批量定制。目前的計算機模擬排牙方法是先獲得最后或者目標牙齒狀態，然后根據原始牙齒狀態和最后牙齒狀態，通過插值法獲得多個中間牙齒狀態。其缺點是一旦確定最后牙齒狀態，中間牙齒狀態就已確定，故很難在牙齒矯正過程中避免牙齒碰撞，并很難為同一牙齒的不同操作單獨地設置步長。因此，需要一種兼具高效和靈活特點的排牙方法。

發明內容
本申請的一方面提供了一種產生表示牙齒狀態的數字數據集的方法，其包括獲取表示牙齒第一狀態的第一數字數據集；提供至少一個操作符，用于修改表示牙齒狀態的數字數據集；以及利用狀態空間搜索法和操作符，基于第一數字數據集，產生表示第二牙齒狀態的第二數字數據集。在一些實施方式中，牙齒狀態可以是上頌或下頌的狀態。在一些實施方式中，牙齒狀態可以是上頌或下頌的部分的狀態。在一些實施方式中，牙齒狀態可以是上頌與下頌的狀態。在一些實施方式中，牙齒狀態可以是上頌與下頌的部分的狀態。在一些實施方式中， 牙齒狀態可以只包括單顆牙齒。在一些實施方式中，牙齒狀態可以包括多顆牙齒。狀態空間搜索法把問題求解過程轉換為尋找從初始狀態到目標狀態的路徑的過程。可以把狀態空間搜索法用三元組來表示[S，0，G]，其中，S是初始狀態的集合，0是操作符集合，G是目標狀態的集合。對當前狀態應用一次操作符，將引起狀態的改變，從而達到一個新的狀態。所有狀態的集合可以用狀態圖來表示。在狀態圖中，一些狀態是目標狀態，如果我們找到了由開始狀態到達目標狀態的路徑，問題就獲得了解答。解答就是由開始狀態到達目標狀態為了進行狀態轉換所使用的一系列操作符。如果路徑是最短的，我們可以把這條路徑叫最優解。常用的狀態空間搜索有深度優先和廣度優先。廣度優先是從初始狀態一層一層向下找，直到找到目標為止。深度優先是按照一定的順序先查找完一個分支，再查找另一個分支。前面說的廣度和深度優先搜索都是盲目搜索。狀態空間搜索法還包括啟發式搜索。啟發式搜索是在狀態空間中的搜索對每一個搜索的節點進行評估，得到最好的節點，再從這個節點進行搜索直到目標。這樣可以提高搜索效率。啟發式搜索中對節點的估價是用估價函數表示的，估價函數可以用以下方程式來表不f(n) = g (η) +h (η) 方程式(一)其中f (η)是節點η的估價函數，g(n)是在狀態空間中從初始節點到η節點的實際代價，h(n)是從η到目標節點最佳路徑的估計代價。在這里主要是h(n)體現了搜索的啟發信息，而g(n)是已知的。g(n)代表了搜索的廣度的優先趨勢。但是當h(n) >> g(n) 時，可以省略g (η)，而提高效率。實際應用中，對新生成的一批節點計算估價函數，比較計算結果，取估價值最小的節點作為新的出發點繼續搜索，直到達到目標節點。可以用狀態空間搜索法來制定正畸治療計劃。其中，初始狀態是患者的原始牙齒狀態；操作符集合可以包括空操作、拔牙、鄰面去釉、平動、旋轉等；目標狀態集合是符合臨床醫生制訂的矯正要求的牙齒狀態的集合。在本申請中，在大部分情況下，節點、狀態以及數字數據集可以互換使用。操作符是一種離散計算機運算操作。當在一顆牙齒上應用一個操作符，計算機將對應地修改表示當前牙齒狀態的數字數據集，獲得表示該牙齒被相應操作后的牙齒狀態的數字數據集。比如，當選擇在第一牙齒上應用沿X軸正向平移Imm的操作符，計算機將修改表示當前牙齒狀態的數字數據集，修改后的數字數據集表示在當前牙齒狀態的基礎上第一牙齒沿X軸正向平移了 Imm后的牙齒狀態。在一些實施方式中，操作符包括以下的至少一個沿X軸正向平移、沿X軸負向平移、沿Y軸正向平移、沿Y軸負向平移、沿Z軸正向平移、沿Z軸負向平移、繞X軸順時針旋轉、繞X軸逆時針旋轉、繞Y軸順時針旋轉、繞Y軸逆時針旋轉、繞Z軸順時針旋轉、繞Z軸逆時針旋轉以及它們的任意組合。在一些實施方式中，操作符還可以包括臨面去釉。在一些實施方式中，鄰面去釉量可以設定如下。對于上頌前牙0. 05 0. 50mm/釉質面；對于上頌后牙0. 05 0. 80mm/釉質面；對于下頌前牙0. 05 0. 50mm/釉質面；對于下頌后牙0. 05 0. 80mm/釉質面。業界一般技術人員可以理解，鄰面去釉量可根據病人具體情況適當調整。在一些實施方式中，上述的方法它還可以包括提供牙齒矯正指標數據；以及判斷第二數字數據集是否與矯正指標數據匹配，以判斷第二牙齒狀態是否符合矯正指標數據所代表的矯正要求。在一些實施方式中，矯正指標數據可以包括以下參數中的至少一個的預定范圍或預定值牙弓曲線、擁擠度、前牙覆蓋、前牙覆合、牙弓突度、Spee曲線曲度、Bolton指數、牙弓寬度、牙弓對稱度、牙齒軸傾度、牙齒轉矩以及牙列中線。當矯正指標數據包括一個上述參數的預定范圍時，只要牙齒狀態的該參數的值位于該預定范圍內，就認為該牙齒狀態已經符合矯正要求針對該參數的要求。當矯正指標數據包括一個上述參數的預定值時，只要牙齒狀態的該參數的值等于該預定值，就認為該牙齒狀態已經符合矯正要求針對該參數的要求。1、擁擠度％:牙冠寬度的總和與牙弓現有弧度的長度之差。若該值為正，說明牙弓存在擁擠；若該值為負，說明牙弓存在間隙。若該值為0，說明牙弓不存在擁擠，也不存在間隙。牙冠寬度是指牙冠近遠中最大徑。牙弓現有弧長即牙弓整體弧形的長度。下頌現有牙弓弧長是從下頌第一磨牙近中接觸點沿下頌前磨牙頰尖、下尖牙牙尖經過正常排列的下切牙牙切緣到對側下頌第一磨牙近中接觸點所做弧線的長度。如全部下切牙均向唇側或舌側傾斜時，弧線應沿下切牙牙嵴頂進行測量；上頌現有牙弓弧長也是同樣獲得。正常的牙列的擁擠度應該為0，但也可以根據患者的具體情況設置一個范圍，只要該患者牙列的擁擠度在該范圍之內就認為符合要求。2、前牙覆蓋bn 上切牙切緣到下切牙唇面的水平距離。正常前牙覆蓋一般為2 4mm ο3、前牙覆合Cn 下切牙切緣點到上切牙切緣點向下切牙唇面所做垂線的垂足之間的距離。一般而言，前牙覆合小于下頌前牙唇面的切1/3屬于正常。4、Spee曲線曲度dn 其定義為，連接下切牙切嵴及其它牙牙尖構成的一條連續凹向上的縱牙合曲線，又稱Spee曲線。測量雙側下頌牙弓Spee曲線曲度的方法為，測量牙弓合面最低點到以下切牙切端和最后一個下磨牙的牙尖構成平面的距離。一般而言，正常 Spee曲線曲度為2mm。整平Spee曲線曲度需要消耗間隙，消耗間隙量的計算方法為分別測量左側和右側Spee曲線曲度，所得數相加除以2，即為整平牙弓或改正合曲線所需要的間隙。5、Bolton指數 上下前牙牙冠寬度總和的比例關系與上下牙弓全部牙牙冠寬度總和的比例關系。用Bolton指數可以診斷患者上下牙弓中是否存在牙冠寬度不協調的問題。方法是測量上下頌牙冠的寬度，得出下列比例前牙比=下頌6個前牙牙冠寬度總和/上頌6個前牙牙冠寬度總和*100%全牙比=下頌12個前牙牙冠寬度總和/上頌12個前牙牙冠寬度總和*100%Bolton (Bolton, 1958)的正常指數為前牙比為77. 2士0. 22%全牙比為91. 3士0.國人正常的Bolton指數前牙比為78. 8% 士 1. 72%
全牙比為91. 5% 士 1. 51%。根據以上比例可以判斷上下牙弓的不調是發生在上頌還是下頌，為前牙或全部牙的寬度異常。6、牙弓對稱度fn:先在上頌模型上沿腭中縫確定中線，測量雙側同名牙至中線的寬度，則可了解牙弓左右側是否對稱，雙側各同名牙前、后向是否在同一平面上，如不在同一平面則表明一側牙有前移。7、軸傾度牙齒臨床冠長軸與合平面垂線所組成的角為軸傾角。臨床冠長軸的齦端向遠中傾斜時軸傾度為正值，向近中傾斜時軸傾度為負值。正常合的軸傾度大都為正值。在一些實施方式中，各牙齒的正常軸傾度如下表所列。
權利要求
1.一種用于產生表示牙齒狀態的數字數據集的方法，其包括獲取表示牙齒第一狀態的第一數字數據集；提供至少一個操作符，用于修改表示牙齒狀態的數字數據集；提供狀態空間搜索法，以及利用所述狀態空間搜索法和所述操作符，基于所述第一數字數據集進行狀態空間搜索，產生表示第二牙齒狀態的第二數字數據集。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括提供牙齒矯正指標數據；以及把所述第二數字數據集與所述矯正指標數據進行對比，以判斷所述第二牙齒狀態是否符合所述矯正指標數據所代表的矯正指標。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，它還包括依次類推，基于第N-I數字數據集進行狀態空間搜索，獲得表示第N牙齒狀態的第N數字數據集，其中，N為大于2的整數；以及把所述第N數字數據集與所述矯正指標數據進行對比，以判斷所述第N牙齒狀態是否符合所述矯正指標。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，它還包括若所述第N牙齒狀態符合所述矯正指標，那么所述第N牙齒狀態是期望的牙齒狀態，從而獲得從所述第二數字數據集到所述第N數字數據集的第一數字數據集序列。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括選擇需要矯正的牙齒。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，它還包括為需要矯正的牙齒選擇至少一個操作符。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，它還包括為需要矯正的牙齒設置移動范圍。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括為所述操作符設置步進值。
9.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述牙齒矯正指標數據包括以下參數中的至少一個牙弓曲線、擁擠度、前牙覆蓋、前牙覆合、牙弓突度、Spee曲線曲度、Bolton指數、 牙弓寬度、牙弓對稱度、牙齒軸傾度、牙齒轉矩以及牙列中線。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括提供估價函數，所述狀態空間搜索法為基于該估價函數的啟發式搜索法。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述估價函數包括以下參數中的至少一個擁擠度、前牙覆蓋、前牙覆合、牙弓突度、Spee曲線曲度、Bolton指數、牙弓寬度、牙弓對稱度、牙齒軸傾度、牙齒轉矩以及牙列中線。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述操作符包括以下的至少一個沿X軸正向平移、沿X軸負向平移、沿Y軸正向平移、沿Y軸負向平移、沿Z軸正向平移、沿Z軸負向平移、繞X軸順時針旋轉、繞X軸逆時針旋轉、繞Y軸順時針旋轉、繞Y軸逆時針旋轉、繞 Z軸順時針旋轉、繞Z軸逆時針旋轉以及它們的任意組合。
13.—種制造用于調整牙齒位置的牙科器械的方法，其包括利用如權利要求1所述的第二數字數據集生產第二牙齒正模型；以及在所述第二牙齒正模型上形成對應第二負模型，作為調整牙齒位置的牙科器械。
14.一種制造用于調整牙齒位置的牙科器械的方法，其包括利用如權利要求4所述的第一數字數據集序列生產對應的一系列牙齒正模型；以及在所述一系列牙齒正模型上形成對應的一系列負模型，作為調整牙齒位置的牙科器械。
15.一種制造用于調整牙齒位置的牙科器械的方法，其包括利用如權利要求4所述的第一數字數據集序列中若干個數字數據集生產對應的若干個牙齒的正模型；以及在所述若干個牙齒的正模型上形成對應的若干個負模型，作為調整牙齒位置的牙科器械。
全文摘要
本發明公開一種制造用于調整牙齒位置的牙科器械的方法，即一種產生表示牙齒狀態的數字數據集的方法，其中，該方法包括獲取表示牙齒第一狀態的第一數字數據集；提供至少一個操作符，用于修改表示牙齒狀態的數字數據集；以及以狀態空間搜索法，利用所述操作符，基于所述第一數字數據集進行狀態空間搜索，獲得表示第二牙齒狀態的第二數字數據集；依此類推，獲得表示第N牙齒狀態的第N數字數據集，其中，N為大于2的整數；以及把第N數字數據集與矯正指標數據進行對比，以判斷所述第N牙齒狀態是否符合所述矯正指標。
文檔編號A61C7/00GK102456089SQ20111032256
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月21日 優先權日2010年10月21日
發明者李忠科, 田杰 申請人:無錫時代天使醫療器械科技有限公司